そもそもの考え方です。
電車の中に乗っている人からつり革をみると、つり革は止まって見えますよね？
(一緒に動いているから、静止して見えますよね)
では、つり革にかかる力を考えてみます。
つり革には、張力Tと重力mgが働きますよね。
すなわち、Tcosθとmgはつり合いますが、Tsinθの力が余りますよね？
つり革は静止しているから、これでは、おかしいですよね？
(静止しているから、つり革に加わる力がつり合っていないといけないですよね。)
つりあうためには、左向きにTsinθの大きさの力が働いていればいいですよね？
でも、その方向には実際は力は働いていません(その方向に働く力はありませんよね)。
ここで、登場するのが、慣性力です。
慣性力とは、実際には働いていないけど、働いているように見える力(見かけの力)です。
先ほども書きましたが、電車の中にいる人からつり革を見るとつり革は静止しているから、
左向きにTsinθの大きさの力が働いているようにみえます。
この、左向きに働いているように見えるTsinθの大きさの力を慣性力といいます。
慣性力の大きさはmaと表されます。
電車に乗った人の立場から考えた、aやTの求め方は、回答のように力のつり合い(つり革は静止しているから)から考えてもいいし、運動方程式から考えてもいいです。
運動方程式としては、つり革は静止していて(a=0)、つり革に働く力は左向きのmaと右向きのTsinθだけだから、
m×0=Tsinθ－ma すなわち、ma=Tsinθ
になりますよ。
続く
地上の人から見ると吊り革は傾いて加速してるのですか？それは慣性が働いてるからですか？
右向きに力を加えたら吊り革右に傾くと思うのですが、そこが謎です
電車は最初止まってますよね。
で、電車に力が加えられて加速度a進みだしたとします。
でも、つり革には力が加えられないから、つり革の先端はその場に居続けようとします(慣性の法則)。
だから、つり革は傾きます(電車の外から)。
また、最初電車が等速運動していて、急に加速度運動し始めると、
つり革は等速運動のままいたいから、つり革は傾きます(慣性の法則)。
要は、電車が力を加えられて加速度運動をし始めても、つり革はそのままの速度でいたい(v=0も含む)から、つり革が取り残されるような感じになって傾きます。
以上で述べたことは、電車が加速していることがわかっているから言えることですよね。
電車の外から加速している電車を見ると、つり革がそのままの速度でいようとするから(つり革には力が加えられないから)、傾く、ってことがわかります。
でも、電車の中の人からすると、電車が加速していることはわかりません。
でも、つり革は傾いています。
なぜでしょう？傾いている方に力が働いているのかなぁ、と思いますよね？
で、この力のことを勝手に慣性力と名付けました、という話です。
地上の人から見ると、
最後の行、無視してください
つり革には力が加えられないのですか？
右向きの力tsinθの張力が働いてたから吊り革に力が働いて慣性力も打ち消されると思ってたのですが、違うのですか？tsinθは吊り革に働いてる力ではないのですか？
つり革って最初、まっすぐですよね。
だから、つり革には最初は、tsinθの力は働いていません。
電車が加速すると、つり革には水平方向には力は働いてないから、つり革はその場にいようします。
だから、つり革は傾きます。
どれくらい傾くかというと、電車の中の人から考えると、慣性力とつりあうまで、です。
慣性力の大きさは、maですよね。
ma=Tsinθになるまでつり革は傾きます。
何度もすみません
慣性力があるから吊り革が傾くから、張力が右向きに働くということは意味わかりました。
でも、なぜその張力が地上からみたら右向きのmaの力を表せられるのですか？元はというと慣性力とのつり合いによって生じていますよね？
時間無いと思いますが、あったら答えてくれると助かります。
ごめんなさい。
答えたいのですが、シャイニーさんの質問が理解できなくて
すみません、自分で見ても質問が悪かったです。
慣性力と釣り合ってるからtsinθはある。しかし、地上から見るとtsinθはなぜ加速度を表すのですか？tsinθは慣性力と釣り合いの力なのに
慣性力maを考えるのは、電車の中からつり革を見ている人の場合だけですよ。
(慣性力は一緒に加速度運動をしている人が観測するときだけに現れます)
地上からみると、慣性力は考えません。
地上の人の立場で考えた式ma=Tsinθの、maは慣性力ではなく運動方程式の公式のmaです。
電車の中の立場で考えた式ma=Tsinθの、maは慣性力です
地上から見たもので、tsinθ=ma は何を表しているんですか？
地上から見た、tsinθ=ma は運動方程式ma=Fを表しています。
運動方程式でいうFが今回はtsinθです。
何故地上の人は右向きにtsinθの力があるように見えるのですか？
地上の人からつり革を見ると傾いて見えます(慣性の法則)。
つり革には張力Tと重力が働いていますよね？
つり革は傾くから、張力Tを分解すると右向きにtsinθの力があるように見えます。
何度も同じ話をしてるかもしれません。本当にすみません。普通物体を右に押すと右に動くのにこれは右に押すと逆に動く理由が謎です。これは電車の移動で発生してると思うのですがどういうことですか。
一方、地上の人からつり革を見ると、つり革は右向きに加速度aで進んでいるように見えますよね？
ということは、右向きにつりあっていない力が働いているってことですよね？
つり革に働いている力は、張力Tと重力mgだけだから、
右向きのTsinθが余りますよね(Tcosθとmgはつり合います)？
だから、つり革は右向きに加速しているように見えます。
地上にいる人からつり革を見ると、つり革は右向きに加速しているように見えるから、
とりあえず、つり革に加わる力はつりあっていないことはわかります。
なので、地上にいる人の立場で考えると、回答のように力のつり合いの式はたてられません。
運動方程式で考えます。
つり革は右向きにaで加速していて、つり革に水平方向に働く力は右向きのTsinθだけだから、
運動方程式は、m×a=Tsinθ すなわち、ma=Tsinθ
つり革は鉛直方向には動いていないから(鉛直方向の力はつりあっているから)、
mg=Tcosθ
分からなければ遠慮なく質問してください
どっちの立場で式をたてるかによって、式の意味が異なります。
電車に乗った人の立場から考えたma=Tsinθのmaは慣性力です。